水闸的消能防冲设计.ppt

5 3水闸的消能防冲设计 一 过闸水流的特点1 形态复杂2 容易形成波状水跃3 容易出现折冲水流根据上述分析可知 水闸消能设计的基本原则是 促使水跃发生在闸下一定范围内 最大限度地通过表面水滚消能 避免造成下游河床冲刷 一 消能方式水头低 下游水位变幅大 地基条件差 底流消能 二 设计条件上游 最高水位下游 相应最低水位 二 消能防冲设计条件的确定 三 底流消能工设计 水闸闸下消能防冲典型布置图 一 水闸消能防冲布置 护坦 保护水跃范围内的河床不受水流冲刷 消力池 创造形成淹没水跃的条件 消力池实质上就是形成水跃 消刹能量的地方 护岸 在消力池的两侧 设置边墙 以保护两岸 海漫 消除消力池水流的余能 防冲槽 进一步消除水流的余能 防止河床被淘刷 进一步保护水闸闸室的安全 消力池的结构形式 1 挖深式 如图 a 2 消力坎式 如图 b 3 综合式 如图 c 二 消力池池身池长的确定 消力池的结构型式和尺寸 长 深 应充分满足底流水跃消能的要求 产生一定淹没的水跃 1 跃后共轭水深h 与跃前收缩断面水深hc之间的关系 1 水跃共轭条件 2 收缩断面水深hc的确定 消力池内形成水跃时 闸孔为自由出流 闸孔自由出流情况下 跃前收缩断面水深hc决定于上游水位Zu与消力池底板之间的高程差E0 可按下式计算 3 跃后共轭水深h 与下游水深的关系 当下游水深不能满足共轭水深条件时 将形成远驱水跃或淹没水跃 此时 应采用合适的消力池结构促使水跃发生在消力池内 3 消力池的深度 消力池深度公式 d 0h t Z 式中 0 淹没系数 取 1 05 1 10 t 下游水深 h 形成水跃的共轭水深 Z 涌浪高度 5 16 4 消力池的长度消力池总长度包括斜坡段和护坦水平段 Lsj Ls Lj式中Ls 斜坡段水平投影长度 Lj 自由水跃长度 Lj 6 9 h h 水跃长度校正系数 0 7 0 8 1 护坦的作用护坦位于消力池底部 是消力池的底板 保护消力池部位河床不受冲刷 2 护坦的材料护坦一般为100 150 混凝土 三 构造要求 抗冲 护坦在工作时需要满足在水流冲击作用下不会掀起和下移 抗浮 护坦在扬压力和脉动压力的合成作用下不至于浮起 3 护坦的厚度 1 海漫的作用海漫的作用就是要消除水流的余能 调整流速分布 均匀地扩散出池水流 使之与天然河道的水流状态接近 以保护河床免受冲刷 2 对海漫的要求海漫的结构应该具有一定的柔性的 能够适应地基的不均匀沉陷 海漫应该是透水的 能够顺利地排出渗水 降低扬压力 海漫表面应做成粗糙的 以加大与水流的摩擦 有利于消除余能和调整流速分布 四 海漫 3 海漫的长度 式中Lp 海漫长度 m qs 消力池末端单宽流量 m3 s Ks 海漫长度计算系数 可参考下表 Ks值表 Ks值表 要想完全消除河床冲刷 必须设置相当长的海漫长度 这样非常不经济 为了保护河床可能发生的不利冲刷 常常在海漫末端设置防冲槽 防冲槽的尺寸应根据可能冲刷深度确定 槽内石块体积应略多于继续冲刷后形成护坡的石头方量 五 防冲槽 海漫末端的河床冲刷深度可按下式计算 式中 qm 海漫末端的单宽流量 v0 河床土质允许不冲流速 m s hm 海漫末端河床水水深 在消力池中 可以加设辅助消能工 其作用是促成水跃 提高消能效果 减小消力池的长度和深度 降低尾坎高度 最用的辅助消能工有 尾坎 趾墩 消力墩 消力梁等 1 趾墩2 消力墩3 尾坎 六 波状水跃 折冲水流的防止措施 下游翼墙的作用是保护闸下两岸不受冲刷 并帮助水流均匀扩散 翼墙的长度一般不小于海漫的长度 在消力池范围内 翼墙 或导墙 最好做成铅直的 在池后缓流区再用扭曲面或其他方式与下游坡连接 在闸室下游一定长度的河岸边坡要进行保护 护坡形式有